От чего зависит продолжительность светового дня? Почему зимой день короче, а летом день длиннее? Почему день становится короче зимой
Для того, чтобы легко понять, почему летом солнце встает рано, а зимние ночи намного продолжительнее, чем в летнее время, для начала представим, что именно собой представляет наша с вами планета Земля и что такое Солнце.
Вращение Земли вокруг оси
Если посмотреть на небо ночью, то на нем видны многие сотни звёзд. Кажется, что одни светят ярче, другие не очень, но общего у них и Солнца одно: то, что Солнце - это тоже звёздочка, только по сравнению с другими находится близко к Земле. И если улететь далеко в космос, то оно будет казаться такой же звездой, как и все остальные. Планета Земля похожа на шар, который крутится вокруг неподвижного Солнца, как если бы взять мяч и покрутить его вокруг лампочки. Но если его просто крутить, то можно заметить, что лампочка освещает всегда только одну сторону мяча, как будто бы с одной стороны всегда ночь, а с другой день. Но такого не происходит потому, что Земля вращается вдобавок и вокруг себя, как запущенный волчок или мяч на пальце баскетболиста. Если мысленно провести линию от пальца по мячу, то это будет ось вращения мяча, и вот такая воображаемая ось есть у Земли.
Экватор и полушария Земли
Проведя линию посередине мяча или Земли так, чтобы получились две половинки – верхняя и нижняя – получится два полушария, у нашей планеты они называются северное и южное, а разделяющая их линия – экватор. Самое важное, что ось вращения Земли не прямая, а под наклоном, и именно поэтому при вращении вокруг Солнца верхнее, северное, полушарие зимой всё равно как от Солнца отклонено и меньше им согревается, а южное больше, и когда в Европе и Азии зима, то в Южной Америке и Австралии – лето. Верхнюю и нижнюю точку выхода этой оси с поверхности нашей планеты принято называть полюсом, Северным и Южным.
Разделение дня на астрономический и световой
Слово «день» по своему значению имеет два понятия. Существует такое определение, как солнечный, или световой день, это тот отрезок времени от восхода Солнца и до его заката в какой-либо точке земного шара, и день астрономический, или календарный, это время половины оборота Земли кругом своей оси. Вместе ночь и день образуют астрономические сутки, оборот планеты вокруг оси, и Земля совершает его за 24 часа. Длительность же светового дня всегда разная, и в течении года может составлять от восьми до шестнадцати часов, но именно о нем пойдет речь далее.
Дни зимнего и летнего солнцестояния
Именно из-за наклона планетарной оси, когда наша планета совершает движение вокруг Солнца кажется, что зимой оно встает очень поздно, а уходит за горизонт слишком рано. Осенью и в зимнее время северное полушарие начинает получать всё меньше и меньше света от Солнца, ночь становится всё длиннее, день короче.
Так продолжается до 22 декабря, дня, когда в году день самый непродолжительный, а ночь соответственно длинная. Этот день называют солнцеворот, или днем зимнего солнцестояния, и с этого дня день понемногу, буквально по минутам, начинает увеличиваться. Летом тоже есть похожий день, 22 июня, день летнего солнцестояния, когда летом этот день самый продолжительный, а ночь очень короткая.
Длинна ночи и дня в разных точках Земли всегда разное, и зависит от того, насколько далека эта точка от экватора. Это удаление называют удаление по широте, и зимой существуют такие широты, когда солнце совсем не показывается из-за горизонта более астрономических суток. Такое явление называется полярная ночь, и чем ближе к Северному полюсу, тем она больше. Но через полгода наступает противоположное явление, когда солнце всё время находится на линии горизонта, совсем за него не опускаясь, и наступает полярный день. Ближе к экватору продолжительность дня и ночи сравнивается, и на самом экваторе времена года не сменяют друг друга, то есть ни зимы, ни лета, а продолжительность светового дня равна ночи.
Сутки по привычке делят на день, вечер, ночь и утро. Или и вовсе всего на два периода: светло – день, темно – ночь. Причем с точки зрения астрономии мало кто задумывается, а чем же вызвано такое явление.
И почему это зимой солнце светит так мало, создавая ощущение, что ночь наступает в четыре-пять часов пополудни.
День световой и астрономический: различия
Оборот нашей планеты вокруг своей так называемой оси происходит за 24 часа. Это астрономические сутки, которые делятся на две части: день и ночь. Половина, то есть 12 часов, и является днем астрономическим. Его время и окончание нигде не фиксируется.
День световой – это промежуток времени, который начинается с восходом солнца и завершается его уходом за линию горизонта. Поэтому второе название – солнечный день. Длительность меняется каждые сутки. И нет ни одного дня, когда солнце освещает землю равное количество времени. Хоть на секунду, но отличается.
Материалы по теме:
Почему в горах холодно, ведь теплый воздух поднимается вверх?
Кстати, частенько такая информация печаталась на отрывных календарях, что раньше висели в каждом доме. Подтверждение данному факту сейчас легко найти в интернете.
Факторы продолжительности дня
Угол наклона Земли к Солнцу равен 23,5 градусам, что является основным объяснением коротким дням зимой. В жаркое время небесное светило на горизонте задерживается надолго, согревая поверхность. А вот зимой все происходит с точностью наоборот. Планета отклоняется от звезды, поэтому солнечные луч и попадают на землю косвенно и на непродолжительное время. А когда дождь или облачно, и вовсе кажется, что день заканчивается, не успев начаться.
К слову за полярным кругом Солнце проходит по линии горизонта, что влечет за собой темноту. Такое явление носит название полярная ночь. На другой условной линии – экваторе – световой и астрономический дни практически равны и их продолжительность составляет около 12 часов.
Материалы по теме:
Северное сияние - что это, фото, видео, как и где происходит
Учитывая, что Земля оборачивается вокруг своей оси одновременно с оборотом вокруг Солнца, когда в северном полушарии наступает зима, день уменьшается. Деление Земли от полюса к полюсу, на восточное и южное полушария, влечет такое явление как смена часовых поясов.
Зимнее солнцестояние, или самый короткий день
21 либо 22 декабря каждого года наклон земной оси по отношению к Солнцу достигает наибольшего угла. Данное астрономические явление носит название солнцестояние (солнцеворот) и характеризуется самым коротким, 8-часовым днем в году. Но с этого момента постепенно ночное время становится короче. В южном полушарии дата зимнего солнцестояния – 20 либо 21 июня.
Инструкция
Каждый день, поднимаясь на горизонте с восточной стороны, Солнце проходит по небу и скрывается за горизонтом на западе. В северном полушарии это происходит слева направо. Жители южного полушария видят это перемещение справа налево. Полный оборот Земли вокруг своей оси совершается за 24 часа. Это вращение вызывает смену дня и ночи.
Если 24 часа разделить поровну - получается, что 12 часов длится день и 12 часов - ночь. На экваторе это почти так и происходит. Но жители средних широт заметили, что это не так. Летом день длится долго, а зимой он совсем маленький. Почему же тогда летом день такой длинный?
Все дело в том, что Земная ось наклонена относительно плоскости своей орбиты. Кода северная часть оси наклонена к Солнцу, тогда в северном полушарии лето. Солнце в полдень находится высоко над горизонтом и ему нужно больше времени, чтобы пройти путь с востока на запад. Таким образом день длится больше чем 12 часов (в средних широтах обоих полушарий, это примерно 17 часов). Но сутки остаются всегда одинаковой продолжительности; следовательно, на ночь остается все остальное время (7 часов).
Но тут есть такой интересный факт: находясь в середине лета на , Солнце движется над горизонтом круглые сутки. А затем постепенно его суточный ход наклоняется и настает время, когда Солнце начинает на короткое время прятаться за линией горизонта. И чем ближе к зиме, тем дольше Солнце не появляется. А зимой его на небе и вовсе нет. На северном полюсе наступила полярная ночь. Но как так получается, что ось сама наклоняется то к Солнцу, то от него?
Ось не отклоняется сама по себе, она наклонена постоянно в одном направлении. Это Земля оказывается то с одной стороны Солнца, то с другой, проходя вокруг него по своей орбите за 365 дней. Таким образом, северный и южный полюса поочередно оказываются на солнечной стороне.
На экваторе в полдень, Солнце незначительно наклонено к горизонту. В середине весны и в середине осени Солнце в полдень находится в зените, т.е. прямо над головой. В это время прямостоящие предметы не отбрасывают тень. В середине лета Солнце в зените находится над широтой, называемой тропиком Рака. Это широта 23°. В середине зимы, наоборот - Солнце находится в зените на такой же широте над южным тропиком. Он называется Козерога (именно в этом созвездии оно находится в это время).
Таким образом, из-за наклона оси и обращения Земли по орбите вокруг своей звезды, меняются времена года и продолжительность светового дня. Существуют также некоторые отклонения во вращении Земли вокруг своей оси. Ось как бы сама вращается относительно своего центра (это также центр земного шара). Полный цикл такого вращения оси происходит за 25 тыс. лет и называется Платоническим годом.
Изменения продолжительности светового дня в разные сезоны объясняются вращением Земли вокруг ее оси. Если бы Земля не вращалась, дневной и ночной циклы были бы совсем иными. Хотя, вполне вероятно, что они и вовсе бы отсутствовали. Сокращение или увеличение продолжительности светового дня зависит от времени года и того, где вы находитесь на Земле. Кроме того, на дневное время влияет угол наклона земной оси и ее путь вокруг Солнца.
Продолжительность вращения
Сутки, продолжающиеся 24 часа, — это время, которое требуется для того, чтобы Земля совершила целый оборот вокруг собственной оси: именно поэтому на следующий день Солнце появляется в одном и том же месте на небе. Однако не стоит забывать, что Земля продолжает двигаться вокруг Солнца, и это явление оказывает огромное влияние на продолжительность светового дня.
Фактическое время одного вращения Земли несколько короче, чем мы привыкли думать: около 23 часов и 56 минут. Астрономы обнаружили это, регистрируя время, когда звезда появилась на одном и том же месте на небе на следующий день — это явление было названо звездным днем.
Более длинные и короткие дни
Хотя солнечный день составляет 24 часа, не в каждом дне содержится 12 часов светового дня и 12 часов темного времени суток. Зимой ночи длиннее, чем летом. Это явление объясняется тем, что воображаемая ось Земли расположена не под прямым углом: она наклоняется под углом в 23,5 градуса. Собственно, поскольку наша планета вращается вокруг Солнца на протяжении года, северная половина Земли наклоняется к Солнцу летом, вызывая продолжительный световой день и короткую ночь. Зимой это меняется: наша планета отдаляется от Солнца, и ночное время становится длиннее. Весной и осенью Земля ни наклонена к Солнцу, ни от него, а где-то между, поэтому день и ночь в эти времена года одинаковы. Вот как можно объяснить, почему весной продолжительность светового дня возрастает: наша планета поворачивается к солнышку!
Наше количество дневных часов зависит от нашей широты и того факта, каково положение Земли по отношению к Солнцу. Ось вращения нашей планеты наклонена от орбитальной плоскости и всегда расположена в одном направлении — к полярной звезде. В результате положение земной оси по отношению к Солнцу постоянно меняется в течение года.
Собственно, именно этот фактор влияет на распространение солнечного света по поверхности Земли на любой заданной широте.
Изменение угла приводит к изменению количества солнечной энергии, которая достигает определенных областей планеты. Это вызывает сезонное изменение интенсивности солнечного света, достигающего поверхности, и влияет на продолжительность светового дня.
Изменение интенсивности происходит потому, что угол, под которым лучи от Солнца двигаются и попадают на Землю, изменяется по мере смены сезонов.
Докажем на практике
Если вы посветите фонарем на потолок, площадь освещенной области будет изменяться в зависимости от того, будете ли вы направлять свет под прямым углом или нет. Точно также энергия Солнца распространяется по разным географическим районам, когда она достигает поверхности Земли. Он более сконцентрирован в наши летние месяцы, когда солнце выше в небе.
Между летним и зимним солнцестоянием количество дневных часов уменьшается, а темпы их уменьшения больше, чем выше широта. Чем меньше солнечных часов, тем холоднее ночи. Вот почему продолжительность светового дня весной возрастает: планета постепенно поворачивается к Солнцу, поглощая одной из своих сторон все больше солнечной энергии.
Поскольку параллельно вращению вокруг Солнца Земля также продолжает вращаться вокруг собственной оси, то за 24 часа она делает один полный оборот. Интересно, что продолжительность суток меняется со временем. Так, около 650 миллионов лет назад сутки длились около 22 часов вместо привычных нам 24!
Солнцестояние
Солнцестояние представляют собой явление, когда при определенном положении орбиты Земли отмечают самые длинные и кратчайшие дни года. Зимнее солнцестояние, происходящее в Северном полушарии, знаменует собой самый короткий день, после которого световой день начинает медленно расти. Летнее солнцестояние в этом же полушарии приходится на самый продолжительный световой день, после чего он начинает становиться короче. Солнцестояние также называют в честь месяца, в котором оно происходит.
Также важно понимать, что то, какая продолжительность светового дня в день солнцестояния, зависит от полушария, в котором вы находитесь. Так, в Северном полушарии июньское солнцестояние отмечает самый продолжительный световой день в году. В то время, как в Южном полушарии июньское солнцестояние обозначает самую длинную ночь.
Наверняка все мы знаем о том, что в зимнее время световой день становится заметно короче. Когда мы с утра просыпаемся на работу или учебу, за окном все еще можно наблюдать ночь, а по возвращению вечером домой, мы также идем уже или в сумерках, или в кромешной темноте. Но почему день становится короче зимой, знают далеко не все люди, и сегодня мы предоставим доступный ответ на данный вопрос.
Глобальная причина
Если говорить коротко и глобально о том, почему зимой дни короче, а ночи длиннее, то виной всему являются особенности планетарного масштаба. Речь идет о том, по какой траектории и с какими специфическими аспектами осуществляет вращение вокруг своей оси и вокруг нашего естественного светила планета Земля. И ниже мы предлагаем разобраться в данном вопросе более подробно, чтобы у вас не осталось никаких вопросов относительно данного явления.
Для того чтобы понять, почему продолжительность светового дня на нашей планете изменяется в связи со временами года, необходимо вспомнить о том, каким образом Земля осуществляет вращение вокруг Солнца, а также то, по какой траектории она движется вокруг собственной оси по отношению к всё тому же светилу нашей вселенной.
Дело в том, что если посмотреть на мнимую ось вращения планеты, то по отношению к Солнцу и траектории вращения вокруг него, она пребывает под наклоном. Соответственно, на каком бы этапе прохождения годового цикла обращения вокруг Солнца не находилась Земля, всегда какая-то из её частей расположена несколько ближе к Солнцу, а какая-то – дальше.
Это, к слову, объясняет, почему в определенные этапы года на одних участках планеты наблюдается зима, а на других – лето.
Что же касается главного вопроса, почему зимой световой день короче, то необходимо обратить внимание на тот факт, что траектория движения Земли вокруг своей оси по отношению к Солнцу такова, что в зимний период северное полушарие более удалено от Солнца. Подобная траектория, соответственно, влияет на то, что большая часть времени вращения земного шара происходит без попадания на него прямых солнечных лучей. А без рассеивания света Солнца, разумеется, отсутствует и освещение на поверхности Земли, то есть – наблюдается ночь.
Примечательно, что на нашей планете существуют и такие участки, на которых по полгода Солнце не поднимается, либо же не опускается ниже линии горизонта, соответственно – там наблюдается либо постоянная ночь, либо постоянный день, которые ученые называют «Полярными» днем и ночью. Спустя полгода данные участки меняются местами, и времена суток там меняются аналогичным образом.
